@ 2018.06.09 , 15:00

飓风中形成的反物质射线束

飓风中形成的反物质射线束

2015年10月飓风帕特里夏碾过墨西哥西海岸时,有史以来最暴虐的太平洋飓风漩涡内的某些东西,让它在另一种意义上开创了历史。

在西半球最强烈的热带气旋内部,科学家首次观察到一束射向地面的反物质—正电子,同时伴随着爆发了伽马射线和X射线。

由于每时每刻世界上总有些地区处在闪电风暴之中,所以每天大概会发生一千次陆地伽马射线闪烁(TGF)的现象,但并不总是就能轻易地捕获到它们的信号——TGF持续几毫秒,并飞快地放光高达2000万电子伏特的能量。

1990s位于空间轨道上的伽马射线探测器意外地检测到了TGF,原本探测器是为了检测射向地球的伽马射线,而且从理论上来说,像TGF这样的从地球射向天空的闪光——会伴随着其他事物:向下运动的正电子束,电子的反物质对应物。

由于勇敢的机组人员和美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的科学家搭乘NOAA的Hurricane Hunter号飞机直接穿过了飓风帕特里夏的庞大涡旋,现在,我们实际上已经能够直接观察到这一激烈的现象。

“这是对该理论的首次证实。它表明,确实存在着高能辐射从上到下穿透大气层。”研究人员之一,来自UC Santa Cruz的物理学家David Smith说。

“或许可以从空中的观测结果来推导出结论,如同所有其他报告中的陆地伽马射线闪光一样,它是由电子‘雪崩’引起的向上波束。我们从下面看到它是因为反物质(正电子)的反向发射。”

据研究人员称,凭借他们的发现,现在应该可以更容易地检测出TGF现象,只要使用地面和高考仪器就行,而无需冒险穿越暴风眼了。

“我们在2.5公里的高度就检测到了它,我估计我们的探测器在1.5公里的高度就能完成检测。”Smith说。

研究人员使用被称为能量探测器的仪器(ADELE)mk II,它能够探测到由向下运动的正电子所产生的X射线和伽玛射线。

最近,日本的科学家观察到了一些类似的现象,在日本沿海激烈的雷暴中产生了反物质,并且NASA的卫星经常记录到TGF。

尽管有大量的观测结果,但研究人员表示,要说充分了解TGF的机制还为时尚早。科学家普遍认同的假说是雷暴中的强电场使电子加速到接近光速。随着这些高能电子向四周散开,雪崩一样使其他电子加速,迅速产生“相对论性电子”。

ADELE装置可以在这方面提供进一步的帮助,使得TGFs在发生时能够被检测到,尽管研究人员警告说不要接近发生这一现象的中心地带——伽马射线的剂量在大约一公里外就可以忽略不计,但太近就不大明智了。

“这是可能存在的风险,但可能性极小。”Smith说,“我不会要求飞行员进入雷暴区域,但如果他们非去不可,我会在飞机上装个仪器。”

对15年检测到的飓风数据进行整理分析,直到上月,研究结果被汇总成一篇论文被发表在刊物《地球物理研究:大气Journal of Geophysical Research: Atmospheres》上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。

前情提要:物理学家在雷暴中发现反物质粒子


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